Техническая реализация (II-PT-IIoT)

Техническая реализация Тестера IIoT основывается на следующих базовых требованиях:

  • Модульность: разделение составных частей изделия на плату-носитель и платы функциональных узлов (мезонины).
  • Возможность минимальной модификации с учетом использования линейки разработанных мезонинных плат[1] , размеры ПП мезонинов в соответствии с [5].
  • Возможность подключения поверенного специализированного оборудования для настройки и калибровки функциональных узлов в составе изделия.
  • Возможность применения в качестве SDK, как бюджетный вариант анализатора сигналов, без потери точности измерений.
  • Масштабируемость, количество устройств не зависит от общего алгоритма работы, а именно на протяжения всей трассы распространения сигналов допустимо разместить по портативному тестеру IIoT.
  • Количество тестеров ограничивается только необходимой точностью оценки качества передачи в составе сети IIoT.

[1] Мезонинная плата, мезонин — плата, устанавливается в основную плату (носитель) и располагается параллельно плате-носителю.

Применение Тестера IIoT для оценки качества тракта передачи сетей IIoT

На рисунке (Рисунок 1) представлена структура распределенной системы оценки качества сетей IIoT состоящая из N штук портативных тестеров.

Техническое предложение базируется на испытаниях качества тракта передачи устройств IoT без использования специализированного анализатора сигналов (например, анализатора сигналов Keysight наименование N9020 MXA).

Основное назначение Тестера — это сбор данных по качеству сигнала передатчиков для планирования сети IIoT на объекте (производство, предприятие, подземный гараж, …).

Основные технические возможности:

  • Автоматизированный сбор и обработка измеренных данных по качеству сигнала (испытание тракта передачи) в соответствии с требованиями стандартов LoRa и NB IoT [2,3] министерства связи [4];
  • Основные измерения (Выходная мощность, Spectrum Mask, Качество модуляции, Мощность соседнего канала, Внеполосные излучения).
  • Хранение результатов испытаний.
  • Представление информации в вариантах, унифицированных для сертифицирующих организаций (например, ОАО «Связь-Сертификат»).

Достоинства:

  • Минимальная цена по сравнению с любым анализатором сигналов, оценивающим качества тракта передачи.
  • Оптимизация встроенной измерительной программы для оценки заданных параметров.

Недостатки:

  • Оценка только тракта передачи.
  • Необходимость использование проверенной измерительной антенны на специализированные диапазоны работы устройств IIoT.

Структурно-функциональная схема технического предложения

Описание технического предложения

Тестер IIoT представляет собой изделие в состав, которого должны входить:

  • Базовая плата (носитель) тестера c преобразователями AC-DC и гальванически изолированным интерфейсом для 2-х плат мезонинов, управление на основе SoC (FPGA+HPS), ОЗУ, ПЗУ и FLASH(microSD);
  • Измерительная антенна на диапазон работы устройств LoRa (LPWAN);
  • Измерительная антенна на диапазон работы устройств NB-IoT;
  • Плата мезонин №1 – Измерительная плата с унифицированным интерфейсом для управления 2-х канальным АЦП, схемой предусиления и разъемами для подключения измерительных антенн по коаксиальными кабелями;
  • Плата мезонин №2 – плата с ПЛИС, ОЗУ, ПЗУ и FLASH;
  • Кабель питания от сети переменного тока 220 В;
  • Кабель настройки (кабель USB-B);
  • Пластиковый бокс для РЭА.

Базовая плата (носитель) модуля должна обеспечивать преобразование питающего напряжения переменного тока/постоянного тока в линейку напряжений питания тестера, информационный обмен c ПК по интерфейсу USB, схему подключения разъемов стандарта FMC (для установки плат мезонинов №1, №2).

В таблице (Таблица 1) указаны дополнительные технические требования к базовой плате (носитель) модуля.

Таблица 1 – Основные технические требования к базовой плате Тестера IoT

Параметр Значение Примечание
Интерфейс FMC
Количество интерфейсов 3  
Тип разъема FMC№1 HPC XS1(Мезонин №1)
Тип разъема FMC№2 HPC XS2(Мезонин №2)
Тип разъема FMC№3 LPC XS3(Мезонин №2)
ПЛИС (FPGA) 200K LE, не менее SoC (FPGA+HPS)
ОЗУ 2 Gb
ПЗУ 15Kb сервисная
micro SD 16 Gb Запись информации
Интерфейсы управления ФУ
Ethernet 100/1000 1
Micro USB 1
Serial lite II 8
SPI 4
I2C 2
GPIO 24
Электропитание изделия
Напряжение, В  От 48 до 310 Переменного/постоянного тока
Потребляемая мощность, Вт 5, не более
Габариты
ДхШхВ, мм 180 х 240 х1.6 Размеры ПП
Рабочая температура окружающей среды, град От 0 до 35 Температура внутри корпуса
Охлаждение без принудительного воздушного охлаждения

Плата мезонин №1  должна устанавливаться в базовую плату (носитель) тестера IIoT и должна обеспечивать функционал в соответствии с таблицей (Таблица 2).

Выбраны основные комплектующие для обеспечения требуемых характеристик:

  • Limiter , входная цепь должна быть реализована как single-stage limiter, основной элемент CLA4608, в соответствии с AN SKYWORKS[6] в указанном диапазоне частот.
  • Preamp/LNA (Малошумящий усилитель) должен быть выбран в соответствии с указанным диапазоном частот, особенность NF не более 4 Дб.
  • Mixer I/Q (Смеситель) должен быть выбран в соответствии с указанным диапазоном частот.
  • Для обеспечения требований по обработке полосы анализируемого сигнала не хуже, чем 120 МГц выбран АЦП полное наименование ADC16DV160CILQ/NOPB.
  • Подключение через буферный усилитель

Таблица 2 – Основные технические требования к плате мезонину №1

Параметр Значение Примечание
Количество интерфейсов 1  
Тип разъема FMC№1 HPC XS1(Мезонин №1)
Количество аналоговых входов измерения 2 2-х канальный АЦП
АЦП (ADC16DV160CILQ/NOPB , Texas Instrument)
Разрядность, бит 16
Полоса пропускания, МГц 120, не менее
Динамический диапазон, Дб 80, не менее
Conversion Rate, MSPS 150, не менее
Интерфейс с базовой платой LVDS/SPI
Приемник (RX)
Разъем подключения к измерительной антенне

SMA1 –

SMA2 –

Центральная частота, МГц 800
Полоса частот перестройки, ГГц 1 Тип измерительной антенны – Вивальди
Допустимая входная мощность, Дбм +6, не более На входе лимиттера
Коэффициент усиления, Дб 12, не менее
Точность коэффициента усиления, Дб ± 2, не более
Коэффициент шума, Дб 4, не более
Электропитание изделия
Напряжение питания, В от 5 до 15 Постоянный ток
Потребляемая мощность, Вт 1,5, не более
Габариты
ДхШхВ, мм 160 х 100 х1.6 Размеры ПП
Рабочая температура окружающей среды, град От 0 до 35 Температура внутри корпуса
Охлаждение без принудительного воздушного охлаждения

Плата мезонин №2  должна устанавливаться в базовую плату (носитель) тестера IIoT и должна обеспечивать функционал в соответствии с таблицей (Таблица 3).

Таблица 3 – Основные технические требования к плате мезонину №2

Параметр Значение Примечание
Интерфейс FMC    
Количество интерфейсов 2  
Тип разъема FMC№2 HPC XS2(Мезонин №2)
Тип разъема FMC№3 LPC XS3(Мезонин №2)
ОЗУ 6 Gb DDR3
Интерфейсы управления –        LVDS

–        Serial Lite II

–        SPI

–        I2C

–        GPIO 32

Электропитание изделия
Напряжение питания, В от 5 до 15 Постоянный ток
Потребляемая мощность, Вт 1,5, не более
Габариты
ДхШхВ, мм 160 х 100 х1.6 Размеры ПП
Рабочая температура окружающей среды, град От 0 до 35 Температура внутри корпуса
Охлаждение без принудительного воздушного охлаждения

Выводы

Данная разработка имеет следующие преимущества:

  • использование стандартизированной элементной баз комплектующих для оценки работы в разращённых диапазонах частот.
  • на базе данного решения возможна оптимизация базовой платы и мезонинов 1,2 под применение унифицированных решений от сторонних производителей;
  • в рамках развития линейки мезонинных модулей предусмотрена/остается возможность увеличения тестового диапазона;
  • предлагается унифицированное решение для проверки передатчиков на соответствие требованиям [2,3,4]
  • оптимальная стоимость технического решения в сравнении с затратами на сертификационные испытания.

Технические документы

  • [1] – Datasheet ADC16DV160 Dual Channel, 16-Bit, 160 MSPS Analog-to-Digital Converter with DDR LVDS.
  • [2] – Datasheet RN2483 Low-Power Long Range LoRa® Technology Transceiver Module.
  • [3] – Datasheet Quectel BG96 NB-IoT.
  • [4] – Приказ МКСвязи 128-2011
  • [5] – ANSI/VITA 57.1 FPGA Mezzanine Card (FMC) Standard
  • [6] – AN PIN Limiter Diodes in Receiver Protectors SKYWORKS

 

 

Меню